“以柔克刚”与地震过招

  本报记者 叶青

   距1976年发生的唐山大地震，今年刚好40周年。

   被誉为中国抗震的权威、现代“张衡”的周福霖，是我国知名工程结构与工程抗震减灾专家。“没想到一次考察完全改变了自己的人生轨道。”因唐山大地震，周福霖转到隔减震技术研究上，坚定要为老百姓建造大地震时确保安全的房屋。

   2月16日，全省创新驱动发展大会上，周福霖获颁2015年度广东省科学技术突出贡献奖。他说：“一辈子做成一件事情不容易，要锲而不舍、水滴石穿的毅力去坚持。但能做成一件事情，这一辈子也就值了。”

  结缘：因唐山地震改变人生轨道

  1976年7月28日凌晨，一场7.8级强震突袭唐山。震后第三天，时任机械部第四设计院青年工程师的周福霖接到通知，立刻前赴地震灾区调查灾情。

  “说实在话，当时听说唐山地震死伤无数，我心里也很害怕，但必须去，心里压力很大。”告别才出生3个月的女儿，周福霖跟随中央赴灾区的调查团奔赴灾区。

  唐山大地震的惨状大大超出周福霖的预想。为了开展震害调查，周福霖跑遍整个灾区，为所有倒坍房屋拍照做记录。有一次，他正在一残缺的3层楼房上面拍照，突然发生余震。情急之中他紧紧抱住一根柱子，幸亏余震很快过去。经历过死亡，周福霖的心灵深处受到更深的震撼。

  整个大唐山，唯有两栋4层高的砖结构民宅没有倒塌，引起了周福霖的注意。他发现，这两栋按北方房屋风格建造的民宅沿着地基以下的油毡防潮层滑动了40多公分。仅靠一层柔软的防水油毛毡就挽救了楼里的400多人，且楼房毫发无损。他灵机一动，想着：假如房子能滑动，地震中是不是就能避免灾难性的破坏？

  思想火花一迸出，随即种下种子。“没想到一次考察完全改变了自己的人生轨道，其时我并不是从事地震研究的。”周福霖说，作为一名建筑工程师，我感到一种使命在呼唤：一定要为老百姓建造大地震时确保安全的房屋。

  求索：“以柔克刚”抗地震

  回京后，周福霖常想起唐山老百姓的质问：为什么地震一来房屋都倒塌？你们这些工程师到底是干什么的？强烈的责任感驱使他走上寻找房屋隔震减震的研究之路，但此路布满荆棘。

  1977年，在全国抗震工作会议上，周福霖在国内率先提出“结构消能减震”的理论构思。“传统抗震技术是房屋越强越好，柱子越粗越好，以硬抗硬，而隔震减震技术恰恰相反，它把建筑物的底下做成柔性的橡胶支座，主张越柔越好，以柔克刚。”由于他提出的新抗震理念，即使在国外，用在房屋领域的时间也不长，因此受到学术界部分人的质疑甚至反对。

  坚持还是放弃？周福霖毫不犹豫选择了前者。1981年，他公派前往加拿大攻读抗震专业。在加国，他和导师一起完成世界上首次隔震试验。该试验把四层楼的房屋模型放在震动台上，下面做一层隔震层。输入地震波，发现不隔震的房屋剧烈摇晃，遇强震就被破坏，隔震的房屋却能承受9级或更大的地震。之后，周福霖把研究集合成“房屋隔震消能新技术”理论，创立了“房屋减震控制新体系”，包括房屋减震新概念、新理论和新设计方法。

  1988年，在日本东京召开的第九届世界地震工作会议上，周福霖公开提出该理论体系和研究方法，引起了与会学者的广泛关注。1997年，我国著名地震工程研究专家、中国科学院院士胡聿贤评价说：“如此系统性地研究应用这一新技术，在我国为第一人。”

  震世：“世界隔震技术发展的第三个里程碑”

  1983年，周福霖学成归来。“1989年，联合国工业发展组织找到我，希望建一栋真正的隔震住宅房，然后向第三世界推广。”其时周福霖已调到广东，他的想法也得到省科技厅的大力支持。

  1993年，周福霖在家乡汕头建成我国第一栋橡胶支座的8层隔震住宅，这是当年世界最高最大的隔震住宅楼。

  次年，台湾海峡发生一次7.3级地震，地震波及汕头。同建的另一栋传统结构房屋发生剧烈晃动，而隔震房屋里的住户却毫无震感，没有任何损坏，这下隔震楼“火”了，房屋一下子被抢光。同年，联合国工发组织在汕头召开了有18个国家、120名专家参加的国际隔震技术会议，评价其为“世界隔震技术发展的第三个里程碑”，向世界推广房屋隔震技术。

  从此，隔震技术开始用于我国及世界各国量大面广的住宅房屋，开辟了我国防震减灾的新思路和新技术。

  周福霖的隔震技术厉害之处在哪呢？原来他在建筑物下方加装橡胶垫，一层橡胶加一层钢板，再加一层橡胶，再加钢板……像“三明治”一样把建筑物与地面隔离。当地震发生时，让建筑物在橡胶支座上处于弹性状态，既能隔震又不影响承载力。实验结果显示，采用这一技术可将地震破坏力减少到1/6-1/8。“这是以柔克刚的方法。目前世界上采用隔震技术的房屋，还没有一座被震倒。”周福霖说。

  2013年4月的芦山地震中，采用了橡胶隔震垫、阻尼器等先进抗震新技术的芦山县人民医院连窗户玻璃和楼顶招牌都完好无缺，成为地震中唯一正常运转的医院及抢救受伤人员生命的救护中心，被称为“楼坚强”。

  创新：率先研制新型隔震体系

  周福霖和他的隔震减震控制与结构安全国家重点实验室（培育基地）藏身于广州广园中路248号一个不起眼的地方。实验室正在进行一项设计时长为50年的隔震材料老化试验，15年来，被加压的橡胶永久变形不到3毫米。“这种实验急不来，2050年我可能已经不在了，不过后面接力的研究人员会看到实验的结果。”周福霖笑着说。

  对研究必须一丝不苟，以科学事实证明，这是周福霖的科研准则。对于老百姓担心的隔震层橡胶垫老化疑问，他除了自己做实验，还在全世界四处寻访存活超百岁的橡胶生存状况。

  英国伦敦有一房屋隔震房，建于1931年，64年只老化了3毫米；澳大利亚一桥梁，建于1889年，106年之久也只老化4.6毫米。周福霖说：“事实证明，橡胶经过100年，老化程度不超5毫米。为此，我们在橡胶垫外加4毫米保护层，过了200年都不成问题。”

  周福霖提出的“层间隔震”和“三维隔震”新技术体系的研究成果已成功应用于到多项工程中。几年前，周福霖团队与港珠澳大桥工程设计团队一起，对这座世界上最长的、有地震断层穿过的跨海大桥，研究采用隔减震技术，解决抗震设计难题。经过详细计算分析，周福霖带领团队将隔震层设置在桥墩顶部。“8级地震不怕，9级地震也不怕。”周福霖说，经过隔震保护的港珠澳大桥，在防震上可以称得上是“世界上最安全的跨海大桥”。

  对于已有的建筑，尤其是学校和医院，又该如何进行防震呢？对此，周福霖也有高招。他提出采用后加固方法，即可在首层或采取挖地下室的办法加装隔震垫。

  周福霖还把隔震技术应用到文物保护上，他和团队已为故宫博物院、西安碑林博物馆的珍贵文物进行加固保护，这是现代隔震技术在国内文物地震保护中的首次应用。

  愿望：全面推广隔减震技术

   “回忆这40年，我有两个体会：一是一辈子做成一件事情不容易，要锲而不舍、石滴水穿的毅力去坚持。但能做成一件事情，这一辈子也就值了。二是要做成一件大事，需要一个团队。40年来，从无到有，从有到强，隔震减震技术也被国内外公认为40年来地震工程领域的重大创新成果之一，我们团队全凭责任心研究。”周福霖十分感慨。

  改革开放浪潮下，大家都忙着画图赚钱了。有人劝他放弃研究，说：“周福霖，别再研究了，地震也不知道啥时再来，赚不到钱的。”但他却坚定不移，坚持了40年。

  现在，隔震减震技术不仅用于汶川地震后学校医院和民居重建，也用于广州塔、港珠澳大桥、核电站、昆明和北京大机场等建设。此外，还正针对我国将要大量建设的近海桥梁、高铁桥梁、“一带一路”通过的川滇疆藏地区跨河桥梁和隧道等结构的地震破坏机理进行深入试验研究，并提出了有效解决方案。目前，隔减震技术已在我国5000多栋房屋和350座桥梁上应用。如今，他正在主持编写我国第一本《建筑隔震设计规范》(2014- 2015)国家标准，预计今年年中完成。

  然而，周福霖的愿望远不止于此。他说采用隔减震技术的房屋每平方米造价只增加150-200元左右，希望隔减震技术能全面得到推广和应用。2014年2月，住建部发通知在全国推广隔震技术，云南等省市要求医院、学校、指挥中心和交通枢纽强制使用隔减震技术。

  周福霖说，“我的理想是让地震中的建筑物能像停泊在水里的船一样，飘动几下又归于平静；让地震像一场暴风雨一样，平凡而不可怕。创新是发展的灵魂，不断创新隔震减震技术，是我这辈子为之奋斗的人生目标。我将和我的团队潜心钻研，为我国基本建设和各种工程的有效减震防灾作出更多贡献。”